Энциклопедия будущего - Иван Сирфидов

основная силовая нагрузка при выполнении роботом двигательных действий прикладывается как раз к шарнирно-передаточным механизмам, обычно расположенным в его суставных частях. Достоинством механической ДС считается относительная простота производства и сборки изготовляемых на базе неё робототехнических устройств, дешевизна, лёгкость замены её узлов, отсутствие необходимости в высокотехнологичных высокопроизводительных системах контроля и управления.

Киберорганический – являет собой подобие двигательной системы природных существ, предполагая в общем случае скелетную основу и ходильный способ перемещения посредством конечностей. Базируется на использовании кибермышц – способных к сокращению элементов, выполненных из киберорганики – т.е. из функционально аналогичного мышечной ткани технического (синтетического) материала (см. подраздел о киберорганических материалах раздела ЭБ о киберорганике), который не считается истинно живым, зато обладает улучшенными силовыми, прочностными и прочими характеристиками в сравнении с живой плотью. Достоинства киберорганической ДС огромны, это: максимальность степеней свобод, тонкий контроль состояния двигательного аппарата, обеспечивающий сверхкоординацию движений (что позволяет, к примеру, боевым роботам перемещаться на скоростях до 170 км в час по неровной местности), плавная регулировка силы и амплитуды движений, повышенная устойчивость к тряске и умеренным ударно-механическим воздействиям, возможность регенерации при повреждениях, возможность автоматического наращивания мышечной массы определённых групп кибермышц при регулярных критических нагрузках на них для усиления их силовых качеств, и так же возможность обратного процесса – потери ими массы (авто-дистрофии) в случаях редкого незначительного их задействования – с целью понижения общих энергозатрат, равномерное распределение нагрузок на детали скелета между сопряжёнными элементами движущихся частей робота, простота суставных узлов скелета, отсутствие необходимости в передаточной механике, крайняя дешевизна кибермышц – ведь их получают путём выращивания, а не производства. И др. Но конечно же главное достоинство здесь заключено именно в подобии биологии, т.е. в возможности создавать технические системы, в плане конструкции двигательного аппарата полностью идентичные биологическим существам – животным и человеку. К сожалению недостатков у киберорганической ДС тоже хватает. Киберорганика в сравнении с механикой имеет более узкий коридор рабочих температур, хуже переносит пребывание в агрессивных средах, менее прочна, ей требуется, пусть и в очень малых дозах, снабжение кислородом и специальными питательными веществами. Она объёмнее электродвигателей, занимает больше места, сложнее в употреблении – состоящим из неё добротным двигательным системам совершенно необходим чрезвычайно хитроумный дорогостоящий контроллер, функционально аналогичный спинному мозгу живых существ, а так же мощный процессор движений для комплексного управления множеством мышц, потому что каждая из оных имеет неограниченное число возможных состояний сокращения и силовой напряжённости. Затруднительна замена отдельных частей двигательного аппарата робота (например, повреждённой конечности на новую), так как всякая мышца пронизана огромным числом кибернервов, посредством которых, собственно, и производится управление ей, и все эти нервы должны быть соединены с вышеуказанным контролером. Осуществление подобного соединения – технологически весьма неординарная задача. По той же причине крайне непрост монтаж кибермышц при изготовлении робототехники. Иногда производители даже идут на выращивание мышечного аппарата непосредственно на её скелетных основах – этим сама процедура изготовления облегчается и удешевляется, однако цикл производства удлиняется на недели, а то и на месяцы. Проблематичен доступ к внутренним частям робота, расположенным под кибермышцами, вследствие чего повышается трудоёмкость и стоимость его техобслуживания. Таким образом можно говорить, что применение киберорганической ДС на порядок упрощает механику, и в столь же значительной степени усложняет: а) системы электронного интеллектуального управления движением, и б) сборочно-монтажные и ремонтные работы.

Мономышечный – нечто среднее между механическим и киберорганическим принципами движения, частично обладает достоинствами каждого из них и одновременно лишён их главных недостатков. Так же, как в киберорганической, в мономышечной ДС используются кибермышцы, но более примитивные, имеющие совсем мало, к примеру один или два, нервов контроля. Их принято называть мономышцами. У них нет проблем с монтажом, а управляющая ими электроника сверх меры проста и недорога, фактически по простоте управляемости они аналогичны механике с её электрическими двигателями, однако в отличие от последних не требуют никаких шарнирно-передаточных механизмов. Недостатком мономышц является низкая точность и чёткость управления. Их невозможно применять в сложных двигательных аппаратах, состоящих из сотен мышц, у них намного хуже координация и медленнее взаимодействие с окружающей средой – если робот с полноценной киберорганической ДС умеет двигаться и выполнять работу со скоростью живого существа, так как постоянно чувствует состояние каждой из своих мышц, и потому способен согласованно в динамике манипулировать ими всеми, его собрат с мономышечной ДС данные о пространственном положении частей собственного тела получает в основном косвенным путём: от зрительных видеосенсоров, вестибулярного сенсора, гироскопического сенсора и т.д., вследствие чего вынужден всё делать более замедленно, более плавно, чтобы добиться необходимой точности при выполнении двигательных действий и не утратить равновесия. Там где точность не нужна и условия равновесия стабильны, он может позволить себе повышенный темп движений, например при беге мономышечного и кибермышечного двуногих роботов по ровной поверхности они в состоянии выдерживать приблизительно равную скорость, но при переходе на неровную первый будет вынужден значительно замедлиться, чтобы сохранять устойчивость, тогда как второй даже не заметит этого перехода. Так же к недостаткам мономышц причисляют отсутствие у них способности к нормальной регенерации и управляемому частичному росту. Нельзя нарастить их очагово, с одной стороны или в одном месте, их можно заставить расти только целиком, и в длину и в толщину одновременно. А при повреждении какой-то из них необходимо нанести ей на повреждённую область специальный регенераторный катализатор, иначе она не восстановится. Зато её достаточно легко заменить на другую и вообще не терять времени на ожидание регенерации. Мономышцы применяют в бюджетных моделях роботов с невысокой координацией движений и малым числом степеней свобод (малым по сравнению с киберорганической ДС).

Если двигательная система робота основана на единственном принципе движения, только на механическом, киберорганическом или мономышечном, его относят соответственно к механоидам, кибероидам или кибермеханоидам. Однако нередко применяется гибридная схема построения, когда в ДС в той или иной мере реализованы все виды двигательных принципов – там где необходимо, в наиболее функциональных частях двигательного аппарата, она имеет кибермышечное исполнение, в прочих местах кибермышцы заменяются мономышцами и серводвигателями. В этом случае робототехническое изделие классифицируется по доминантной или ключевой составляющей своей ДС – скажем, при преобладании в нём механики оно будет механоид. В просторечии гибридные модели часто именуют киборгами. Правда следует понимать, слово «киборг» не является наименованием, характеризующим именно ДС. Оно означает, что робот имеет в своём составе хоть какие-то киберорганические ткани, вне зависимости от того, для чего они предназначены. Например, если у него киберорганический внешний покров, т.е. нечто напоминающее кожу человека или шкуру животного, с позиций современной терминологии